潜艇机械噪声互易测试中的误差机理及修正方法

Machinery noise is the most important vulnerability for submarines under silent running condition. And the reciprocal method will be of great value for machinery noise source identification when direct methods fail to implement, such as measurement of vibration force and transfer function of large onboard equipment, e.g., turbine-generator, propulsion motor, etc. But when the hypothesis of reciprocity theorem cannot be fulfilled completely in real-sea test, unfortunately there will be inevitable negative effects on the accuracy and validity of the test result, which is the main obstacle in application of such kind of promising method...In this proposal, different from the generally recognized opinion, we will not take the violation of hypothesis of steady quiescent ocean media as primary error source, but concentrate on the influence of the (1). nonideal boundary condition of submarine hull with anechoic tiled and (2). gyroscopic effect of propeller/shafting system. By modeling the interaction mechanism between the kinetics behavior the two above factors and reciprocity theory formula respectively, we intend to reveal the relation of error sources and the test results. And further effort will be focused on the amendent issues of model and algorithm to improve the accuracy of reciprocal test. In general, the research findings will be a enrichment of the current linear vibro-acoustical or mechano-acoustical system reciprocity theory, and be greatly significant for guidance of application of silencing techniques for submarine machinery noise.

机械噪声超标是破坏潜艇常用低速工况隐身性的主要原因。在正向测试难以适用时，互易方法可作为查找和分析潜艇机械噪声源的有力工具，潜在价值十分巨大。但实际测量中，当应用互易测试所要求的前提条件不能完全满足时，测量结果准确度会存在较大的不确定性，这成为了制约其推广应用的瓶颈问题。.本项目通过深入分析潜艇机械噪声测试这一物理图像，忽略"静止场条件不满足"这一传统观念上的主要误差源，而抓住"敷瓦艇体非完备边界条件"和"桨轴系统陀螺效应"两类因素作为主要矛盾开展误差形成机理研究，分别建立起敷瓦艇体和桨轴系统动力学行为与互易原理方程间的关联作用模型，为揭示两类误差源和试验结果间的关系提供了直接依据。同时，分别从理论和算法层次上开展误差修正模型和数据修正方法研究，以期提高互易测试结果的准确性。研究成果在理论上是对线性系统互易原理体系的重要拓展，取得突破后即可用于指导潜艇降噪措施的实施，工程应用价值重大。

复杂水下结构机械噪声研究与我国海上安全建设有着紧密的联系。准确识别水下结构主要噪声源，分析其传递特性，并评估其辐射噪声对水下结构机械噪声研究具有重要意义。由于复杂水下结构的噪声源众多、内部空间狭小、部分结构脆弱，仅采用直接激励测量方法不能满足要求。互易测量方法为解决这类问题提供了新思路。通过交换激励位置和测量位置，回避了空间狭小、结构脆弱的问题。然而，在应用中发现，互易测量方法还有着较大的误差，不能直接应用于工程实际。开展机械噪声互易测试中的误差机理及修正方法研究，消除互易测试在水下结构应用中的误差，具有一定的理论和工程意义。.项目组建立了机械噪声互易测试的基本流程。首先针对互易测试的硬件要求，比较了现有的大多数互易测试水下声源的性能优劣，提出了互易测试硬件选型标准。然后系统的分析了互易测试在工程应用中所遇到的主要误差源，并针对误差源提出了相应的修正方法。再然后，通过消声水池和淡水湖上的模型试验对修正后的互易测试方法进行了验证。最后，利用修正后的互易测试方法对几个实际工程问题进行了分析，得到了有意义的结论。